高校倫理1444503 views
教育150077 views
雑学1474218 views
高校日本史191026 views
LaTeX965557 views
中学英語813624 views
高校物理162509 views
高校国語790013 views
りんご220229 views
英語617403 views
Help
Tools

English

正則局所環(次元と生成元の本数がそろう点)

ネーター局所環 が正則であるとは、 を生成するのに必要な元の本数が、 のクルル次元にちょうど等しいことをいいます[1,2]。

左辺は接空間の次元、右辺は環としての次元です[3]。 つがそろえば滑らかな点、ずれれば特異点。

判定は「数を つ出して比べる」だけで終わります。

余接空間 m/m²

は剰余体 上のベクトル空間になる。 の元を 次以上の項ごと潰した空間、と読めます。

幾何では余接空間にあたります[3]。その双対がザリスキ接空間で、点の周りにどれだけの方向があるかを表す。

の次元は、 の最小生成元の本数と一致する[2,4]。中山の補題がこの一致を与えます。

この本数を埋め込み次元と呼ぶ[4]。埋め込み次元はつねに 以上で、下回ることはありません。

そろうか、ずれるか

埋め込み次元が より大きくなる状況は、点の周りに余分な方向が生えている状況です。曲線なのに接方向が平面いっぱいに広がる、という形。

左では次元 に対して生成元も 本。右では次元 なのに生成元が 本要る。

この差が正則かどうかの差です。

例: 形式的冪級数環

は正則局所環です[1,3]。極大イデアルは で、生成元は 本。

クルル次元も なので、本数と次元がそろう。 次元の滑らかな点をそのまま代数にしたもの。

例: 多項式環を原点で局所化する

も正則です[1,3]。極大イデアルは で、次元は 。

アフィン空間の原点における局所環にあたる。原点に特異点はないので、正則になるのは当然の結果です。

上の有限生成代数を滑らかな点で局所化すると、いつも正則局所環が出ます[3]。判定にはヤコビ行列が使える。

例: 1 次元なら離散付値環

次元 の正則局所環は、離散付値環にほかなりません[2]。極大イデアルが 本の元で生成される。

その生成元が素元で、どの元も素元の冪と単元の積に一意に書ける。 次元で整閉な整域、という特徴づけとも重なります[3]。

反例: 尖点

を原点で局所化した環を見ます。曲線 の尖点にあたる点です。

クルル次元は 。曲線なので当然です。

ところが について は 次元になる。関係式 は次数 以上の項しか含まず、 と のあいだに 次の関係を与えないため。

なので正則ではありません。尖った点が特異点として現れる[2]。

この環は整閉でもありません。曲線を と媒介変数で書くと、 が にあたります。

は を満たすので環の上で整。それなのに環に入っていないので、整閉包をとると まで広がります。

反例: 交叉する 2 直線

を原点で局所化した環も正則になりません。 本の直線が原点で交わる図形。

次元は 、埋め込み次元は 。尖点と同じ形のずれが出る。

この環にはもう一つ理由があります。、 なのに なので、整域ではない。

正則局所環はつねに整域なので、これだけで正則から外れる[4]。

正則列と次元の落ち方

を最小の本数で生成する は、正則列になります[4]。順に割っていくと、次元がきれいに ずつ落ちる。

しかも途中の が、また正則局所環になる[4]。

逆に が正則局所環になるのは、 が最小生成系の一部で生成されるときに限ります[4]。

整域である

正則局所環はつねに整域です[1,4]。定義には零因子の話が出てこないのに、結論として出てくる。

証明は次数付き環を見ると早い。 の冪で作った次数付き環が、多項式環と同型になるためです[4]。

多項式環は整域なので、そこから元の環の整域性が従う。 でない元に最低次の項を割り当てると、積が消えないことが確かめられる。

一意分解整域である

もっと強く、正則局所環は一意分解整域になります[1,2,3]。アウスランダーとブックスバウムの定理。

整域であることに比べて、この主張はずっと深いところにある。素元分解の一意性が、次元と生成元の本数の一致だけから出てくる。

コーエン・マコーレーであることも成り立つ[3]。深さと次元が一致する、という別の形のそろい方です。

セールの判定と局所化

セールは、正則性をホモロジー代数の言葉で言いかえました[1,2]。ネーター局所環が正則であることと、大域次元が有限であることが同値になる。

この言いかえには大きな効き目があります。正則局所環の素イデアルによる局所化が、また正則になると分かる[1]。

もとの定義からこれを示すのは簡単ではありません。ホモロジーの側へ渡すと、局所化が完全関手であることから素直に出る。

正則性が局所化で保たれるので、すべての局所環が正則な環を正則環と呼べるようになる[3]。

正則環

すべての素イデアルでの局所化が正則局所環になる環を、正則環と呼びます[3]。正則性が局所化で保たれるおかげで、この定義が意味を持ちます。

は正則環になる。どの点で局所化しても、アフィン空間の滑らかな点しか出てきません。

も正則環になる。素数 で局所化すれば離散付値環 が出て、 で局所化すれば体です。

デデキント環は 次元の正則環にあたります[3]。 でない素イデアルでの局所化が、すべて離散付値環になるため。

正則系のパラメータは局所座標

を最小本数で生成する を、正則系のパラメータと呼びます[1,3]。これは点の周りの局所座標として働く。

冪級数環 で変数が座標だったことと重なります。次数付き環が多項式環と同型になるという事実が、この見方を支えています[4]。

アルティン局所環では体だけ

アルティン局所環が正則になるのは、それが体のときに限ります[2]。

アルティン環の次元は なので、正則なら も 次元。中山の補題から となり、 は体になります。

は正則ではありません[1]。次元は なのに が でない。

ヤコビ判定法

体上の有限生成代数なら、正則性は行列の階数で判定できます[3]。 で定義される図形の点 で、ヤコビ行列の階数を測る。

階数が に達していれば、その点の局所環は正則です。滑らかな点、という幾何の言葉と一致する[1]。

正則性が埋め込み方によらないことも大事です[1]。同じ図形をどの空間に入れても、点が滑らかかどうかは変わりません。

よくある誤り

が有限生成であることと正則であることは別です。ネーター環なら有限生成はいつでも成り立ちます。
埋め込み次元が次元より小さくなることはありません。ずれるとしたら大きい側です。
正則でない局所環が整域でない、とは限りません。尖点の環は整域ですが正則ではありません。
一意分解整域だから正則、とはなりません。含意は正則から一意分解整域への向きだけです。
アルティン局所環を正則と呼べるのは体のときだけです。次元 の環が広く正則になるわけではありません。
の次元が だから正則、と考えると外します。 が でないためです。
正則性が座標のとり方に依存する、とはなりません。埋め込みを変えても結論は動きません。

参考文献

Regular local ring(英語版 Wikipedia)
Regulärer lokaler Ring(ドイツ語版 Wikipedia)
Anneau local régulier(フランス語版 Wikipedia)
Stacks Project, Section 10.106(Regular local rings)
極大イデアルを生成するのに必要な本数がクルル次元にちょうど等しい局所環を正則と呼びます。余接空間 m/m² の次元として言いかえ、そろう例として冪級数環と多項式環の局所化、ずれる例として尖点と交叉する 2 直線を置きます。正則列で次元が 1 ずつ落ちる仕組み、整域であること、アウスランダー・ブックスバウムの一意分解性、セールの大域次元による判定とヤコビ判定法まで。